1. 有机发光器件的研究

有机发光显示(OLED)技术是一种借助有机半导体功能材料将电能直接转化为光能的技术。采用这种技术制备的有机发光显示器具有结构简单、厚度小、响应速度快、功耗低、视角宽、工作温度低等优异性能，并可实现柔屏显示的特点，被业界人士普遍认为是最具发展前景的显示技术之一，是国际上高技术领域的一个竞争热点。2008年10月8日，中国大陆第一条由清华大学和维信诺公司自主设计建设的OLED技术大规模生产线在江苏昆山投产。这是我国大陆在显示产业领域第一次依靠自主掌握的技术实现大规模生产，标志着新型平板显示技术领域通过多年自主创新已取得重大突破，显示产业由“中国制造”开始走向“中国创造”。 总投资超过5亿元，已建成厂区总建筑面积达3万平方米，拥有3000平方米洁净车间，可实现年产1200多万片小尺寸OLED显示屏。

中科院长春应化所在有机高分子发光材料与器件的基础研究和高技术探索方面具有十余年的科研积累和很好的人才优势。近年来，他们以国家需求为己任，瞄准这一国际科学前沿的重大方向，选取“有机高分子发光材料及其在显示器件中的应用”为研究主题，抓住有机高分子发光材料的“分子结构与电子结构的内在关联和凝聚态结构与光电性能的相互关系”这一关键科学问题，以满足有机高分子发光显示屏产业化需求为牵引，围绕着提高发光效率、调控发光颜色、改善传输特性、提高热稳定性、实现溶液加工等关键性能指标开展了系统深入研究和攻关。经过十余年的持续探索、不懈努力，近两年他们在有机高分子发光材料体系、溶液可加工磷光材料体系、界面修饰材料体系和新型发光器件等方面取得了突破性的研究进展，获得了部分具有国际领先地位和国际先进水平的研究成果。譬如，他们在国际上率先提出了“通过部分能量转移和电荷限制实现单一高分子发射白光”的学术思想，并在“单一高分子双色白光体系”和“单一高分子三色白光体系”两方面取得突破性研究进展，为发展白光高分子体系开辟出新方向。其中，双色白光高分子电致发光效率达到12.8 cd/A；三色白光高分子电致发光效率达到8.6 cd/A，显色指数为88。这不仅解决了长期困扰高分子白光器件发光光谱稳定性较差的国际难题，获得了国际上白光高分子单层器件发光效率的最好结果，而且带动了国内外课题组的竞相研究和体系拓展。近日，该成果荣获2007年度吉林省科技进步一等奖。另外，他们通过采用具有自主产权的含磷酸酯醇溶性聚芴作为界面材料，显著提高了高分子白光器件的电子注入效率，使高分子白光器件的流明效率和功率效率分别达到16.9 cd/A 和11.1 lm/W。通过合理的器件结构设计和新型界面修饰技术制备了全荧光型白光OLEDs，其最大亮度超过40000 cd/m2，最大效率达到16.8 cd/A和11.6 lm/W，寿命在500 cd/m2的亮度下超过2500h。进一步通过用更高效率的蓝绿光材料代替上述器件中的蓝光材料，使全荧光型白光OLEDs的亮度和效率得到了进一步提高，最大亮度高达45000 cd/m2，最大效率达到20.8 cd/A和16.0 lm/W。

发展低成本的图案化薄膜制备技术具有重要的价值。电化学聚合具有在图案化的电极上定向沉积成膜、设备简单等特点，但是国际上还没有高发光效率、高平整度电聚合薄膜的报道。吉林大学通过一种特殊设计的电化学聚合单体以及聚合条件的精密控制，成功制备了高发光效率、超支化结构的电聚合薄膜[31]，技术的关键是低缺陷密度以及缺陷与发光基团的距离控制。目前器件效率(蓝光: 5cd/A, 绿光: 20cd/A, 红光:10cd/A)已达到或超过其它发光器件制备技术(例如真空蒸镀、溶液旋涂)的水平。相关结果被英国化学会《化学世界》和《化学技术》分别报道，称之为“高分子性能的双重突破。 虽然导电高分子被广泛研究，这是第一个具有高发光效率的；这个技术可能发展成用于有机全彩色显示的红绿蓝图案化的新技术，它在工艺的简单性和成本方面要优于目前的技术”。

无定形状态的发光分子薄膜在使用过程中结晶是器件损坏的重要原因之一。吉林大学创新性地提出利用刚性/柔性平衡的设计理念构筑稳定的有机玻璃体材料，通过构筑具有交叉结构(cruciform)的PPV类发光材料，发展了多种形态稳定的玻璃态材料，解决了长期困扰人们的聚集猝灭荧光的问题[32,33]，获得了一些效率高、色度好、成膜质量高的蓝色发光材料，器件效率达到8 cd/A，掺杂器件效率提高到18 cd/A，是目前报道的较高水平的蓝光材料与器件。该成果被《光子》杂志以“PPV产生高效率的蓝色发光器件”为题目进行了焦点评述，指出：“这是近年有机蓝光材料最重要的进展”。

中国科学院化学研究所与长春应化所合作，合成了具有强吸电子能力的蓝光电子受体材料2,3-二氰基-5,6-二[4-(2,3,4,5-四苯基)苯基]苯基吡嗪，并用该化合物作为电子传输兼发光层应用于有机电致发光器件中。通过合理地设计器件结构，向空穴传输层与发光层之间引入6,7-二甲基-2,3-二[4-(2,3,4,5-四苯基)苯基]苯基喹喔啉(MPQ)作为激基复合物消除层，可以有效地抑制器件中激基复合物的生成，得到高效的蓝光发射，由其制备的蓝光器件具有高的发光效率(5.2 cd/A)及亮度(6230 cd/m2)。此项研究为制备高效的基于强电子受体材料的蓝光有机电致发光器件提供了一个有效的方法[34]。

曹镛等通过将蓝光、绿光及红光发射配合物掺杂到PVK和OXD-7主体材料中，实现了高效的聚合物白光器件。其中，三元掺杂器件的最大前向功率效率达到9.95 lm/W，相当20 lm/W的总功率效率；器件的最大前向电流效率达到了24.25 cd/A (相当于总电流功率达到48 cd/A), 最大外量子效率达到了14.4%，位列国际先进水平。结果表明，聚合物基白光器件的性能可以达到或超过作为人类第二代照明技术的白炽灯的效率(12~17 lm/W), 显示了聚合物白光器件应用于有机半导体照明的巨大潜能[35]。他们首次合成了三线态能级为2.58 eV的聚(3,6-)芴(P3,6-EHF)，这是目前报道的三线态能级最高的芴类共轭聚合物。高三线态能级的共轭聚合物可作为磷光蓝、绿光配合物的主体材料，对调控三线态蓝、绿光配合物的发光颜色，实现高效白光发射有重要意义。通过在聚芴主链上引入强吸电子单元(二氧化硫芴)，适当降低分子链上的电子云密度来抑制芴酮的生成，有效地改善了蓝光聚芴的色纯度及稳定性。蓝光聚芴的发光效率为6 cd/A、CIE (0.16, 0.19), 是目前国际上有关蓝光聚合物的文献报道中效率最高、色纯度最好的[36]。他们制备了以蒽为发光单元、9,10-不对称取代的可溶性非晶态蓝光材料，并用旋涂法得到了高效率的非掺杂型电致发光器件。这项工作为制备高玻璃化转变温度、具有溶液法成膜能力的新型高性能非芴基电致蓝光材料开拓了新的途径。同时合成了一类可溶性、适合于电致发光显示的纯红光、非晶态荧光材料，并制备了高效率聚合物电致红光器件。该红光材料展现出电子传输以及激子自我限制功能。这项工作对于实现结构简单、高稳定、高效率电致红光器件具有重要意义[37,38]。

打印电子器件与电路，是有机固体材料的巨大优势。曹镛等采用导电银胶作为阴极材料，通过印刷的方式制备聚合物发光器件的阴极，成功地在红、绿、蓝等三色聚合物发光材料上实现了发光，并且通过工艺优化改善器件性能，最终达到了与真空蒸镀工艺制备阴极的器件性能相当的水平。这一成果表明，高效聚合物发光器件的制备可以不依赖于高真空技术，从而大大简化了制备工艺，降低了制作成本，真正意义上实现聚合物发光器件的全印刷制备，是聚合物发光器件制备技术和工艺的一个重要进展[39]。此外，北京大学裴坚和马玉国在稳定性好的三维蓝光器件方面也进行了创新性的研究[40]。

量子点在发光器件中的应用是近年来的一个新的亮点。中国科学院化学研究所与美国Ocean NanoTech公司以及美国宾州州立大学合作，在半导体量子点发光二极管(QD-LED)的研究方面取得重要进展。QD-LED具有与聚合物发光二极管(PLED)类似的器件结构和可溶液加工的特点，其发光层由半导体量子点(QDs)胶体溶液旋涂制成，因而具有与PLED同样的制备过程简单、成本低、可制成柔性器件等优点。同时，QD-LED与PLED相比，还具有发光色纯度高(发光半峰宽窄)、发光颜色可通过控制量子点尺寸大小进行调节等突出优点。除此之外，QD-LED还是半导体纳晶的一个重要应用领域。因此，对QD-LED的研究引起了薄膜电致发光器件和半导体纳晶研究工作者的极大关注。化学所李永舫等使用美国Ocean NanoTech公司制备的高质量的具有核壳结构的CdSe/ZnS和CdSe/CdS/ZnS纳晶量子点，同时使用聚三苯胺(poly-TPD)为空穴传输层、八羟基喹啉铝(Alq3)为电子传输层，通过调节量子点尺寸以及通过器件结构和各层厚度的优化，制备了可发红、橙、黄、绿四种颜色光的QD-LED器件，其最大亮度分别达到9064 (红光)、3200(橙光)、4470(黄光)和3700(绿光)cd/m2，分别为各色光QD-LED文献报道的最高值。同时，这些QD-LEDs还具有较低的启亮电压(3～4 V)、改进的效率(1.1～2.8 cd/A)、高的色纯度(电致发光谱半峰宽30 nm左右)和较长的工作寿命[41]。

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